一种用于风电场实时功率预报修正的电池能量管理方法

摘要

本发明公开了一种用于风电场实时功率预报修正的电池能量管理方法，所述方法不仅从功率预报误差修正的主动需求出发，在考虑变换器效率及自放电因素下，对基本处于连续不完全充放电交替工作复杂状态的电池荷电状态进行动态预测与管理。而且结合电池实际充放电电流时间积分监测量，进一步修正实际SOC变化，同时修正输入输出电能与电池荷电量当量关系参数，修正变换器效率及自放电效率，判断电池健康使用情况，统计使用周期数，方便后续的SOC预测。本发明带来的有益效果是：用电池充放电过程外围电路输入输出参数来估计电池SOC动态变化，解决了电池模型构建难的问题，实现电池科学管理，有效延长电池寿命，达到风电场预报精准要求。

主权项

一种用于风电场实时功率预报修正的电池能量管理方法，其特征在于，包括如下步骤：1)通过实际风电功率采样周期内功率预报误差修正所需消纳的电能值来预测此采样周期T内电池所需充放的荷电量，估计本采样周期T末的电池荷电状态，并结合监测的电能及荷电量变化实际值，动态修正电池的荷电状态；1.1)离线对新进电池参数检测，根据新电池出产时的数据，在正式投入使用前通过1到2次完整充放电实验获取；1.2)系统实际投入运行时，由风功率预报采样周期T点的预测值与实际采样值的误差数据，对采样周期T内需输入输出做功电能值进行计算；W_e(nT)表示预报功率与实际功率差值在第n个预报周期内的做功情况；P_e(nT)为第n个预报采样点预报功率与实际功率的误差；每个预报采样点内有m个实际功率采样周期，实际采样周期l为m个采样周期的任一点，表示T周期内的第l点的预报功率；每两个预报点之间的功率采用直线拟合，用两点直线拟合P_(n‑1)T到P_nT的变化轨迹，并求取两预报点之间的动态预报数据；1.2.1)由预报误差预测输入输出电能变化，为正，表示实际风力发电功率小于预报设定值，需要储能系统提供的能量，此时$W_{e\left\{\frac{l}{m}+\left(n-1\right)T\right\}}=P_{e\left\{\frac{l}{m}+\left(n-1\right)T\right\}}*\frac{1}{m}T/\eta ;$为负，表示实际风力发电功率大于预报设定值，需要储能系统储存的能量，此时对采样周期T内电池荷电情况变化进行预测，并根据实际电流时间积分，修正当量系数k；如果为正，则充电电流i_c为零，储能系统需要放电，存在放电电流i_d，按放电过程荷电量变化量Q_d＝k_dW_out估计荷电状态变化量${\mathrm{\Delta SOC}}^{\prime }=\frac{{\mathrm{\Delta Q}}^{\prime }}{Q_{kt}}=\frac{-k_d{W}_{e\left\{\frac{l}{m}T+\left(n-1\right)T\right\}}}{Q_{kt}};$如果为负，则放电电流i_d为零，储能系统需要充电，存在充电电流i_c，按充电过程荷电量变化量Q_c＝k_cW_in估计荷电状态变化量${\mathrm{\Delta SOC}}^{\prime }=\frac{{\mathrm{\Delta Q}}^{\prime }}{Q_{kt}}=\frac{k_c{W}_{e\left\{\frac{l}{m}T+\left(n-1\right)T\right\}}}{Q_{kt}};$荷电状态预测值$\begin{array}{c}{\mathrm{SOC}}_{\left\{\frac{l}{m}T+\left(n-1\right)T\right\}}^{\prime }={\mathrm{SOC}}_{\left\{\frac{l-1}{m}T+\left(n-1\right)T\right\}}+{\mathrm{\Delta SOC}}^{\prime }\\ =\frac{Q_0+\sigma {\int }_0^{\left\{\frac{l-1}{m}T+\left(n-1\right)T\right\}}{i}_c\left(t\right)dt-{\int }_0^{\left\{\frac{l-1}{m}T+\left(n-1\right)T\right\}}{i}_d\left(t\right)dt-S\left(T_a,t\right)}{Q_{kt}}+\frac{{\mathrm{kW}}_{e\left\{\frac{l}{m}T+\left(n-1\right)T\right\}}}{Q_{kt}}\end{array};$Q_kt是k次完整充放电循环统计修正后的蓄电池容量；其中，Q₀表示电池初始电量；σ表示充电效率；S(T_a,t)表示自放电电量；1.2.2)按实际监测数值修正相关参数：第n个预报采样周期内实际监测该周期间隔内第l个内的电池荷电变化量$\Delta Q={\int }_{\left\{\frac{l-1}{m}T+\left(n-1\right)T\right\}}^{\left\{\frac{l}{m}T+\left(n-1\right)T\right\}}{i}_{c}dt-{\int }_{\left\{\frac{l-1}{m}T+\left(n-1\right)T\right\}}^{\left\{\frac{l}{m}T+\left(n-1\right)T\right\}}{i}_{d}dt,$对照先前荷电变化量预测由ΔQ‑ΔQ′来进一步修正当量常数k_d或k_c；当|W_int‑W_outt/(η_bc1*η_bd1*σ₁)|≈0.5W_in1时，修正$Q_{kt}=0.5Q_{(k-1)t}+\Delta Q=0.5Q_{(k-1)t}+|{\int }_0^{kt}{i}_{c}dt-{\int }_0^{kt}{i}_{d}dt|;$Q_kt的修正在风电场故障检修时经过一次完整的充放电循环进行，k为完成循环的次数；1.3)对充放电累计值ΔQ_zong进行过充过放管理：储能系统平繁充放电过程中，对应充放电电量累加统计，充电为正，放电为负，充电或放电累计值始终不能超越值Q_kt，控制$\left|{\mathrm{\Delta Q}}_{zong}\right|=\left|{\Sigma }_{t=0}^{\{\frac{l}{m}T+(n-1)T\}}{\mathrm{\Delta Q}}_{\frac{T}{m}}\right|\le 0.5Q_{d1};$当电池充电过程剩余可充荷电量Q_cs或放电过程剩余可放荷电量Q_ds小于采样周期T内风电预报误差修正要求对应荷电量时，以电池的荷电状态SOC的充放电保护极限对应的可用荷电量作为标准，提前调整修正量，通过输入输出电能限制调整充放电量；2)对电池生命周期进行预测：2.1)根据风电输出每次采样得到的周期T内的数据，如果为正，修正误差输出的电能累计入W_outm；如果为负，修正误差输入的电能累计入W_inn；2.2)当满足|W_outm‑0.5W_out1|≤γ且W_inm≥0.5W_in1；或且W_outm≥0.5W_out1时，符合条件的m或n值即为半个循环周期数；2.3)根据系统修正需求，输出总和与输入总和分别与基准值0.5W_in1，0.5W_out1相比，其中较小值就是目前完成半个循环的次数；3)电池健康状态的诊断：根据上述步骤所得的效率系数及相关修正参数，利用循环计量法，采用如下办法进行电池健康状态监测：用某时间段输入输出储能装置过程的电能及电池本身的荷电量变化绝对损耗或此过程的相对损耗来监测；或在计及电池自放电效率及充放电变换器效率情况下，对于同等的充放荷电量，监测输入输出电能的实际数量，由电能损耗在多次循环中的数值变化趋势，判断电池健康状态；或对于计及传输效率的同等的输入输出电能，监测充放电的实际荷电量变化，由荷电量自放电损耗在多次循环中的数值变化趋势，判断电池健康状态；或根据充放电传输效率与自放电效率变化趋势来判断电池健康状态；选定上述某一循环计量过程，对某一时间段t,当时，利用此过程中W_outt与W_int关系修正如果η_bk＜30％，表明电池寿命已到。